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[经验] RF射频设计有哪些要求?

2019-9-12 09:05:04  403 CSR 高通 蓝牙芯片 PCB板
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在高通(CSR)的蓝牙芯片方案中,RF部分布局与所有RF系统一样,QCC302x\3x  QCC512X系统中组件的放置和选择会影响整个RF性能。

金小小涛 2019-9-12 14:39:45
首先我们了解下,在同一块PCB板上分别在低频信号和高频信号时,电流回流路径。

下面举例图形,表示的是一块双面板,红色是表层有走线部分,黄色区域是底层铺铜。蓝色或蓝色虚线是表示回流方向。下图是低频信号时的电流回路示意图,当驱动源驱动电流经PCB走线流向负载(红色),电流必须经过GND回馈到信号源(蓝色)。从图中可以看出电流回流时,会找路径最短,也就是直流阻抗最小的路径


下图是高频信号时的电流回路示意图,当驱动源驱动电流经PCB走线的几次转向,最终流向负载(红色)。不同的是,回流的电流路径是经过红色走线对应的下方的铺铜区域回到GND回馈到信号源(蓝色虚线)。这说明高频 信号时,电流回流是找最小交流阻抗最小的路径。这是因为,电流回路将会产生一个磁场电感效应,对于高速信号来讲,感值比阻值更重要。流经大地的电流回路将会选择电感最小的路径。这个最小电感的路径就位于连接大地的器件正下方。

上图中,下方图形截面图表示的是,走线上流过高频信号时,回流时对应在它底下的电流分部情况。从图中看出,走线对应正下方铺铜位置通过的电流最多。越远离电流越小。

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Dipper123321321 2019-9-12 14:39:50
有以上概念我们就不难理解,高通RF线路或高频线路的设计思想了。下面以QCC5121芯片PCB参考设计为实例。

在图中,在芯片的RF脚引出线到滤波器,再经滤波器引线到天线的匹配电路中,对应黄色L2地平面的区域是完整区域,作为RF线、RF元件的射频参考地,这个黄色区域没有必要隔离。在整个L2 GND平面应该以尽量少的有其它走线在这个层中出来,应尽量有地覆盖整个L2板层。但是在表层,RF线路两边的地铺铜



如果使用顶层接地铜填充,则不应允许将其 连接到除带通滤波器和VSS_BT_RF_GND之外的任何接地连接上,并要使用多个微过孔。PCB vias在RF上可以有显著的阻抗。两个接地之间的外层铜连接常常会无意中出现不需要的耦合路径。为了避免带通滤波器与QCC5121 WLCSP之间的轨迹成为不必要的天线,带通滤波器应尽可能安装在QCC5121 WLCSP RF引脚附近。带通波器接地脚应打多个过孔可靠接到主地、芯片RF GND脚上。这个有助降低带外杂散信号。

射频信号线应该走50Ω阻抗,参考相邻的L2层地平面。如果出现达不到的最小线宽度,建议使用下一层作为参考地平面。在层1到层2间隔离层是比较薄的设计中,大元件引脚与层2接地之间的等效电容可能会有较明显的影响,并且表现为阻抗不连续射频走线。RF线上尽量不要打孔做连接,因为过孔在高频信号时有较大寄生参数,如下图所示意的等效模型,在高频时过孔可看作是串了一个电感和电感两头各并一个对地电容。所以过也对RF信号是有较大衰减。



RF走线与天线之间用阻抗匹配元件匹配成50Ω, 元件摆放应该接近天线这边。天线匹配电路,应按下右图方法摆件和走线。尽量避免出现左图方式,这样会有高频信号分支,造成信号损失。

应该注意的是,在RF发送和接收操作时所呈现的阻抗射频端口只能为50Ω。如果不是则会同样降低RF性能。
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